Transcription-associated topoisomerase activities control DNA-breaks production by G-quadruplex ligands

Pipier, A; Bossaert, M; Riou, J, F; Noirot, C; Nguyễn, L-T; Serre, R-F; Bouchez, Olivier; Defrancq, E; Calsou, P; Britton, Sébastien; Gomez, Dennis; Institut de pharmacologie et de biologie structurale  ; Université Toulouse III - Paul Sabatier  ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Centre National de la Recherche Scientifique; Structure et Instabilité des Génomes  ; Muséum national d'Histoire naturelle -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale -Institut de Chimie - CNRS Chimie -Sorbonne Université -Centre National de la Recherche Scientifique; Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse  ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement; Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique  ; Plateforme Génome & Transcriptome  ; Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville]  ; Université Toulouse III - Paul Sabatier  ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse  ; Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale -Centre National de la Recherche Scientifique -Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement -Université Toulouse III - Paul Sabatier  ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse  ; Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale -Centre National de la Recherche Scientifique -Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement -Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville]  ; Université Toulouse III - Paul Sabatier  ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse  ; Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale -Centre National de la Recherche Scientifique -Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement -Université Toulouse III - Paul Sabatier  ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse  ; Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Université de Toulouse -Institut National Polytechnique   ; Université de Toulouse -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale -Centre National de la Recherche Scientifique -Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement -Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement; Département de Chimie Moléculaire  ; Institut de Chimie - CNRS Chimie -Centre National de la Recherche Scientifique -Université Grenoble Alpes; Université Grenoble Alpes; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale; Centre National de la Recherche Scientifique; ANR-10-INBS-0009,France Génomique,Organisation et montée en puissance d'une Infrastructure Nationale de Génomique

Transcription-associated topoisomerase activities control DNA-breaks production by G-quadruplex ligands

2020

Pipier, A | Bossaert, M | Riou, J, F | Noirot, C | Nguyễn, L-T | Serre, R-F | Bouchez, Olivier | Defrancq, E | Calsou, P | Britton, Sébastien | Gomez, Dennis | Institut de pharmacologie et de biologie structurale (IPBS) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Structure et Instabilité des Génomes (STRING) ; Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRAE) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique (GeT-PlaGe) ; Plateforme Génome & Transcriptome (GET) ; Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Département de Chimie Moléculaire (DCM) ; Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA) | Université Grenoble Alpes (UGA) | Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM) | Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | ANR-10-INBS-0009,France Génomique,Organisation et montée en puissance d'une Infrastructure Nationale de Génomique(2010)

G-quadruplexes (G4), non-canonical DNA structures, are involved in several essential processes. Stabilization of G4 structures by small compounds (G4 ligands) affects almost all DNA transactions, including telomere maintenance and genomic stability. Here, thanks to a powerful and unbiased genetic approach, we identify topoisomerase 2-alpha (TOP2A) as the main effector of cell cytotoxicity induced by CX5461, a G4 ligand currently undergoing phase I/II clinical trials. This approach also allowed to identify new point mutations affecting TOP2A activity without compromising cell viability. Moreover, based on cross-resistance studies and siRNA-based protein depletion we report that TOP2A plays a major role in cell cytotoxicity induced by two unrelated clastogenic G4 ligands, CX5461 and pyridostatin (PDS). We also report that cytotoxic effects induced by both compounds are associated with topoisomerase 2-mediated DNA breaks production. Finally, we show that TOP2-mediated DNA breaks production is strongly associated with RNA Pol II-dependent transcription and is countered by topoisomerase 1 (TOP1). Altogether our results indicate that clastogenic G4 ligands act as DNA structure-driven TOP2-poisons at transcribed regions bearing G-quadruplex structures.

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